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6、移動(dòng)通信基站的防雷與接地6 2，地 網(wǎng) 6,2.5,對(duì)于利用商品房作機(jī)房的移動(dòng)通信基站、應(yīng)盡量找出建筑防雷地網(wǎng)或其他專(zhuān)用地網(wǎng)，并就近再設(shè)一組地網(wǎng)、三者相互在地下焊接連通。找不到原地網(wǎng)時(shí)。應(yīng)因地制宜就近設(shè)一組地網(wǎng) 并與建筑物基礎(chǔ)內(nèi)鋼筋焊接連通,鐵塔應(yīng)在兩個(gè)方向與建筑物避雷帶就近連接 6、2.6、根據(jù)某地區(qū)數(shù)百個(gè)遭受雷擊損壞設(shè)備的基站接地電阻的統(tǒng)計(jì).5Ω以下的占74,5Ω、10Ω的占19,10Ω以上的占7。在2004年某基站地網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)及綜合防雷方案科研組對(duì)51個(gè)現(xiàn)場(chǎng)勘察的雷害基站中，山區(qū)型23個(gè)，郊區(qū)型25個(gè)，市區(qū)型3個(gè) 接地電阻在5Ω以下的31個(gè).5Ω 10Ω的4個(gè).10Ω以上的16個(gè)?？梢?jiàn)接地電阻符合規(guī)范要求5Ω以下、但屢次遭雷害的基站卻占60.左右.比例依然很高,這說(shuō)明雷害同接地電阻值并不是必然對(duì)應(yīng)的關(guān)系 從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看。并不是接地電阻越小，遭雷的概率越小 防雷效果也越好,實(shí)踐證明、防雷效果和接地電阻并無(wú)直接關(guān)系，設(shè)備的損壞是由于設(shè)備間存在電位差造成的，1、移動(dòng)基站,包括微波站,的接地。隨著移動(dòng)通信服務(wù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)不斷向郊區(qū) 山區(qū)，交通主干線的延伸?；舅幍乩憝h(huán)境越加惡劣 特別是石頭較多的山上，接地問(wèn)題更難解決 其實(shí)移動(dòng)通信基站的接地問(wèn)題,直困擾著移動(dòng)通信基站的建設(shè)和設(shè)計(jì)單位,另外 對(duì)于建在山區(qū)的基站實(shí)際所處的地理位置與雷電的活動(dòng)區(qū)域有著一定的聯(lián)系,建在山區(qū)的基站.由于土質(zhì)很差，多為碎石土壤.風(fēng)化巖或花崗巖石、表面土壤僅十幾至幾十厘米厚，甚至只有光禿禿的巖石 土壤電阻率極高、要使基站的地網(wǎng)接觸電阻做的很小是極為困難的.基站根據(jù)設(shè)計(jì)的不同分為機(jī)房與鐵塔分別設(shè)立，機(jī)房在鐵塔四腳之內(nèi)、鐵塔四腳建在機(jī)房之上幾類(lèi)情況，因此,各類(lèi)移動(dòng)通信基站接地系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)是當(dāng)前移動(dòng)通信基站接地工程中的重要課題,根據(jù)，移動(dòng)通信基站防雷與接地設(shè)計(jì)規(guī)范,YD 5068，98的要求?；窘拥仉娮钁?yīng)小于5Ω，由于基站所處地理環(huán)境千差萬(wàn)別、實(shí)現(xiàn)規(guī)范的要求可能有眾多問(wèn)題.許多工程技術(shù)人員都反映按照規(guī)范設(shè)計(jì)接地系統(tǒng)不好處理。也做不到條文所要求的接地電阻值，當(dāng)然由于基站的地網(wǎng)類(lèi)型很多。不可能用一種模式去解決所有的問(wèn)題 2。移動(dòng)基站接地的目的、目前建在郊區(qū)或山區(qū)的移動(dòng)通信基站有各種各樣的地網(wǎng)、接地電阻值從幾歐姆至幾十歐姆不等 這主要是由基站所處的地理環(huán)境和土質(zhì)以及站址所在地區(qū)的土壤電阻率決定的 對(duì)于正在運(yùn)行的基站設(shè)備，實(shí)踐證明.接地電阻的大小對(duì)基站設(shè)備技術(shù)參數(shù)以及信號(hào)傳輸沒(méi)有任何影響,從理論上講、防雷接地用的接地電阻越小越好、這是因?yàn)榻拥匮b置上流過(guò)的雷電流會(huì)使接地點(diǎn)的地電位升高 產(chǎn)生過(guò)高的接觸電壓和跨步電壓。因此地網(wǎng)的設(shè)計(jì)主要從防雷保護(hù)的角度考慮，盡可能降低接地電阻的數(shù)值。1.按照.信息技術(shù)設(shè)備的安全。IEC、60950采用通信開(kāi)關(guān)電源供電的通信設(shè)備屬于基本絕緣類(lèi)設(shè)備。所以這類(lèi)設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分一定要可靠接地、其目的是為了防止設(shè)備故障時(shí)的危險(xiǎn)電壓對(duì)人身構(gòu)成電擊危險(xiǎn) 2。對(duì)于以分離器件為主的模擬通信設(shè)備 由于考慮干擾信號(hào)的地環(huán)流影響、所以設(shè)備需要獨(dú)立的工作接地，但對(duì)于以大規(guī)模集成電路器件為主的數(shù)字通信設(shè)備，由于設(shè)備本身的抗干擾能力較強(qiáng)但內(nèi)部器件的抗電涌能力極差、所以工作地必須直接和保護(hù)地合一、3。對(duì)于直流系統(tǒng).48V系統(tǒng)為直流正接地。24V系統(tǒng)為直流負(fù)接地,其接地目的至少應(yīng)包括以下兩個(gè)方面，固定、均衡。電位。防止在供電系統(tǒng)故障后,危險(xiǎn)電壓對(duì)人身構(gòu)成電擊危險(xiǎn).固定.均衡。電位 防止在供電系統(tǒng)故障后 危險(xiǎn)電壓對(duì)設(shè)備本身造成的損壞，4.為防止靜電對(duì)設(shè)備本身的危害的接地,5.為給竄入系統(tǒng)的雷電能量提供一個(gè)泄放渠道的接地 分析以上基站接地的目的,可以清楚地看到、基站接地電阻的大小是以危險(xiǎn)電壓不能對(duì)人身和設(shè)備的安全構(gòu)成危險(xiǎn)為原則的,即在設(shè)備供電系統(tǒng)發(fā)生對(duì)地短路故障時(shí)。故障電流在接地電阻上的電壓降不能對(duì)接觸設(shè)備的人和設(shè)備本身構(gòu)成安全隱患.3,基站地網(wǎng)的組成形式，移動(dòng)通信基站地網(wǎng)設(shè)計(jì)的主要目的在于 在流往地中的雷電流路徑上得到最低的接地電阻,在保護(hù)范圍內(nèi)把雷電流產(chǎn)生的電勢(shì)保持在安全范圍內(nèi) 一個(gè)由多接地體組成的地網(wǎng)可以近似地當(dāng)作一塊孤立的平板 它的電容主要是由它的面積尺寸來(lái)決定的，附加于這個(gè)平板上的有限長(zhǎng)度，2m、3m 的垂直接地體 不足以改變決定電容大小的幾何尺寸,因而是電容增加不大.亦即接地電阻減小不多 這里接地電阻R為 這個(gè)極為重要的物理概念表明.增大接地網(wǎng)的面積是減少接地電阻的主要因素,只有當(dāng)附加的垂直接地體的長(zhǎng)度與地網(wǎng)的等效半徑可以比較時(shí)，平板趨近于一個(gè)半球時(shí)，電容才會(huì)有較大的增加.從而才可能降低接地電阻,但是即使在這種情況下 接地電阻減小僅36 3,這個(gè)結(jié)果可由下式推出 如果將地網(wǎng)等效為埋深為0。半徑為r的圓盤(pán)時(shí).R1 ρ，4r、半徑為r的半圓球時(shí) R2,ρ。2πr、R1,R2 0、637。由此可見(jiàn)。接地網(wǎng)的接地電阻主要和接地網(wǎng)面積有關(guān)。附加于接地網(wǎng)上的2m,3m的垂直接地體對(duì)減少接地電阻的作用不大,對(duì)于地網(wǎng)的設(shè)計(jì).那種認(rèn)為加密垂直接地體可減小接地電阻的觀念是不可取的,從宏觀分析 應(yīng)把地網(wǎng)看作一個(gè)二維的平板，采用不長(zhǎng)的垂直接地體,垂直接地體的長(zhǎng)度與地網(wǎng)等值半徑相比。至少小一個(gè)數(shù)量級(jí).不論打入多少根，即使密集成厚度為2m,3m的實(shí)體鋼板地網(wǎng)，也不會(huì)使接地電阻有多大變化.4、地網(wǎng)大小及網(wǎng)格數(shù)與接地電阻的關(guān)系，1,地網(wǎng)大小與接地電阻的關(guān)系.基站的地網(wǎng)作為復(fù)合接地體 以水平接地體為主,且邊緣閉合.的接地電阻。從式，2,可以看出接地電阻主要取決于接地網(wǎng)的面積,而后一項(xiàng)說(shuō)明接地網(wǎng)的埋深 接地體的直徑以及網(wǎng)內(nèi)的水平和垂直接地體的總長(zhǎng)度對(duì)減少接地電阻的作用很小、通常僅占R總數(shù)的8、左右 根據(jù)、工業(yè)與民用電力裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范 GBJ、65、83,對(duì)于上述復(fù)合式接地網(wǎng)的工頻接地電阻的計(jì)算。上式R約為，2,接地電阻與基站地網(wǎng)面積的大小，從R、0,5ρ，A可以看出。在相同土壤電阻率的條件下，要使地網(wǎng)接地電阻減少，就要增加地網(wǎng)的面積,表1列出了在不同土壤電阻率時(shí)保持R為5Ω時(shí)的地網(wǎng)面積、由此可見(jiàn)，在高電阻率的山區(qū).基站地網(wǎng)的接地電阻要控制在5Ω是難以實(shí)現(xiàn)的.3。地網(wǎng)網(wǎng)孔個(gè)數(shù)和接地電阻的關(guān)系,地網(wǎng)中相距較近的接地體不能充分利用，這種接地體間的相互屏蔽引起的屏蔽效應(yīng)是由電流流入大地時(shí)電場(chǎng)重疊而產(chǎn)生的、接地體的電阻主要是靠位于接地體附近土壤區(qū)域土壤電阻率所決定的,由于上述電場(chǎng)是疊加的、所以每一個(gè)接地體附近的電流密度變得不均勻 使得接地體附近的土壤有效面積減少.或者使流散電阻增加 當(dāng)接地體按照同心圓的方式.即一環(huán)套一環(huán),或者地網(wǎng)以直角小方格配置時(shí)。由于接地體的相互屏蔽作用.其利用率特別低,此時(shí)設(shè)置在網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)上的垂直接地體的利用系數(shù)僅僅達(dá)到0，15.0.20。因?yàn)檫@時(shí)對(duì)接地電阻數(shù)值起主要作用的是接地體的外環(huán)部分，而不是網(wǎng)格內(nèi)部接地體的數(shù)量，所以增加地網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)格數(shù)目以減少地網(wǎng)接地電阻值既不經(jīng)濟(jì)又非優(yōu)化設(shè)計(jì)考慮。據(jù)有關(guān)資料介紹。如果一般復(fù)合式地網(wǎng)的接地電阻R為100.則實(shí)心鋼板地網(wǎng)接地電阻約為90、R 而中空的環(huán)形地網(wǎng).只有周邊有接地體。的接地電阻約為110 R,房屋建筑物基礎(chǔ) 一般有鋼筋的地基較深，而建筑物中間有空隙，的接地電阻約為80。R,可見(jiàn)加密水平接地體.增設(shè)垂直接地體對(duì)基站地網(wǎng)的接地電阻無(wú)顯著作用、接地電阻與接地網(wǎng)孔的關(guān)系.美國(guó) 電磁兼容性設(shè)計(jì)手冊(cè)、AFSC，DH1，4、認(rèn)為。從設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)效益方面考慮 地網(wǎng)應(yīng)盡可能覆蓋大的面積以降低其接地電阻.而且網(wǎng)孔數(shù)目不宜多于16個(gè)、這與我國(guó)水利電力部門(mén)的試驗(yàn)結(jié)果是相符的 當(dāng)接地網(wǎng)孔大于16個(gè)時(shí),接地電阻減小很慢,如16個(gè)網(wǎng)孔的正方形接地網(wǎng)與2個(gè)網(wǎng)孔的正方形接地網(wǎng)相比、接地電阻減少23，與4個(gè)網(wǎng)孔的正方形接地網(wǎng)相比，僅減小10,網(wǎng)孔個(gè)數(shù)和接地電阻的關(guān)系用圖2表示,圖中R為平板的接地電阻。由此可見(jiàn) 加大地網(wǎng)網(wǎng)格的密度以降低接地電阻的方式并非優(yōu)化設(shè)計(jì)所推薦的，如將多于16個(gè)網(wǎng)孔的接地體用來(lái)增大接地網(wǎng)的面積、對(duì)于減小接地電阻的效果要好得多、5，地網(wǎng)與沖擊半徑及移動(dòng)通信基站地網(wǎng)最佳面積大小，對(duì)于建在山上的移動(dòng)通信基站,由于所處的位置往往比周?chē)纳降仫@得突出.地理位置又與雷電的活動(dòng)區(qū)域有著一定的聯(lián)系 加之山上一般多為巖石或多石土壤,要使防雷接地電阻在有限的面積做的很小.如5Ω 是不可能的，為此建在山上的基站采用了均衡大地電位.實(shí)施聯(lián)合接地及改進(jìn)地線的敷設(shè)方法.可以在雷擊時(shí)使站內(nèi)各處電位同樣上升,以致局內(nèi)設(shè)備相互間的沖擊電壓均衡、增加了雷電泄流能力，1 接地網(wǎng)與沖擊半徑 一個(gè)避雷引的接地體接閃時(shí)所呈現(xiàn)的電阻，與自流,工頻電流的接地電阻有顯著不同、對(duì)于雷電在土壤所發(fā)生的物理過(guò)程和工頻有著相當(dāng)大的區(qū)別,它們的最主要區(qū)別是由雷電的形成過(guò)程以及土壤對(duì)高頻電磁波的傳輸特性決定的。雷電流是個(gè)沖擊波、而且具有非常大的電流值。由于雷電流幅度很大、在接地體附近形成的電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)了土壤的沖擊擊穿強(qiáng)度而產(chǎn)生電弧式火花放電，結(jié)果相當(dāng)于增加了接地體的尺寸.因此 在實(shí)際雷電流作用下接地網(wǎng)的接地電阻值小了，雷電流通過(guò)接地體向大地散流時(shí)有下列特征,第一、當(dāng)雷電流通過(guò)接地裝置流入土壤時(shí).由于電流幅值很大，在接地體周?chē)纬蓮?qiáng)大的電場(chǎng)、土壤呈現(xiàn)的電阻率也受到電場(chǎng)強(qiáng)度的影響,隨著電場(chǎng)強(qiáng)度增加，也就是隨著電流密度的增加,土壤電阻率隨之減少。第二。雷電流相當(dāng)于高頻電源。除接地體的電阻和電導(dǎo)外、接地體的電感和電容對(duì)沖擊阻抗發(fā)生作用,其作用的大小決定于接地體的形狀 沖擊電流的波形和幅值，以及土壤中電的參數(shù)εr和ρ.即地的介電系數(shù)和土壤電阻率，第三、沖擊電流在地中流動(dòng)時(shí)、由于高頻電流的集膚效應(yīng),不像直流和工頻電流那樣穿透很深的地層,而是在距離地面不太深的范圍流動(dòng)。第四、雷電流通過(guò)接地裝置流入土壤時(shí) 當(dāng)接地體周?chē)妶?chǎng)強(qiáng)度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)、電壓和電流不是直線關(guān)系、而呈現(xiàn)非線性.所以.沖擊電流或雷電流通過(guò)接地體向大地散流時(shí)。不再是用工頻接地電阻。而是用沖擊接地電阻來(lái)度量沖擊接地的作用。接地裝置對(duì)地沖擊電壓的幅值與沖擊電流幅值之比則稱(chēng)為沖擊接地電阻，由上述沖擊接地電阻的定義可以看出。沖擊接地電阻是一個(gè)人為的概念。并無(wú)具體的物理意義、因?yàn)闆_擊電壓幅值和電流幅值往往不是在同一個(gè)時(shí)間出現(xiàn)的、由于接地體的電感作用 沖擊電壓幅值出現(xiàn)在沖擊電流幅值之前,把兩個(gè)在不同時(shí)間發(fā)生的量之比定義為沖擊接地電阻并無(wú)物理意義。但在工程上利用這個(gè)定義.可在已知沖擊電流的幅值和沖擊電阻的條件下,計(jì)算出沖擊電流通過(guò)接地體散流時(shí)的沖擊電壓幅值 一個(gè)接地地網(wǎng)的面積不論有多大.在工頻時(shí)。是可以把接地體的表面近似地看成等位面的 故接地網(wǎng)全部面積都能得到利用 但是,許多根接地體在地中構(gòu)成的網(wǎng)狀接地體在沖擊電流的作用下。當(dāng)土壤電阻率和介電系數(shù)一定時(shí)，接地網(wǎng)的沖擊等效半徑就是一個(gè)常數(shù).而沖擊等效半徑要比接地網(wǎng)面積的等值半徑小得多，即在沖擊電流的情況下.僅僅利用接地網(wǎng)很小的一塊面積 在工頻時(shí) 接地電阻之所以和接地網(wǎng)面積的平方根成反比。是因?yàn)榻拥鼐W(wǎng)上的電位比較均勻 全部接地體都起著散流作用 接地體得到充分利用的緣故、但在雷電流作用下、情況就不同了,由于接地體的電感作用，接地網(wǎng)的電位呈現(xiàn)不均勻性、離開(kāi)雷電流引入點(diǎn)愈遠(yuǎn)的地方、接地體上的電位就愈低,甚至電位為零,其變化規(guī)律按指數(shù)曲線衰減、只有雷電流引入點(diǎn)附近一塊接地網(wǎng)才起著散流作用.而且散流的程度與這一塊面積上的電位分布成正比、2,地網(wǎng)的最佳面積大小、沖擊等值半徑與接地網(wǎng)面積的等值半徑之比、在不同的土壤電阻率和地網(wǎng)的面積條件下。兩者之比可為基站地網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供一個(gè)考慮方案.表2列出了土壤電阻率ρ,250Ω m。2000Ω.m.地網(wǎng)面積A,100m2、6400m2時(shí)沖擊等值半徑與接地網(wǎng)面積的等值半徑的變化規(guī)律.從沖擊等值半徑與接地網(wǎng)面積的等值半徑變化規(guī)律得出一個(gè)結(jié)論，在移動(dòng)通信基站地網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)。根據(jù)移動(dòng)通信基站所處的具體地理環(huán)境.其接地網(wǎng)的大小應(yīng)控制在20m 20m.400m2.內(nèi)，這時(shí)地網(wǎng)在雷擊時(shí)沖擊等值半徑利用率在高電阻率土質(zhì)的情況是較高的,在土壤電阻率為1000Ω m時(shí)為71、63。當(dāng)接地網(wǎng)的大小在40m，40m,1600m2,時(shí)，此時(shí)地網(wǎng)在雷擊時(shí)沖擊等值半徑利用率在電阻率為1000Ω,m的土質(zhì)情況是53.44。沖擊等值半徑利用率較低,在土壤電阻率低于500Ω，m時(shí)。地網(wǎng)可小于400m2,這樣加之外引水平接地體、地網(wǎng)的利用率可更高 另外,考慮到垂直接地體能起到集中接地?cái)U(kuò)大散泄雷電流之用,可在沖擊等值半徑處打入一圈垂直接地體、其等效半徑應(yīng)以鐵塔為中心 此時(shí)垂直接地體是為了加速散泄雷電流,而不是以減小地網(wǎng)接地電阻為目的，6，網(wǎng)格與均衡電壓接觸系數(shù)的關(guān)系、實(shí)施基站聯(lián)合接地均衡電位的目的,除了減小設(shè)備上的反擊電壓外.另一個(gè)目的是減小地網(wǎng)內(nèi)的最大接觸電位差,當(dāng)電流流過(guò)接地裝置時(shí).大地表面形成分布電位。在地面上離設(shè)備水平距離為0。8m處與設(shè)備外殼或墻體離地面的垂直距離1，8m處兩點(diǎn)間的電位差。稱(chēng)為接觸電位差,人體接觸該兩點(diǎn)時(shí)所承受的電壓、稱(chēng)為最大接觸電壓。接地網(wǎng)地面的最大接觸電壓可近似按下式計(jì)算,由此可見(jiàn).最大接觸系數(shù)隨網(wǎng)孔個(gè)數(shù)增加而下降的梯度和接地電阻隨網(wǎng)孔個(gè)數(shù)增加而下降的梯度是相似的 這說(shuō)明了用增加網(wǎng)孔個(gè)數(shù)而減小接觸系數(shù)和減小接地電阻一樣，不能作為主要方法,一般地網(wǎng)網(wǎng)孔可采用3m.3m或者5m,5m,當(dāng)然，最好能利用沖擊電流進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量和校核 另外。由于現(xiàn)在站內(nèi)地面一般都采用高電阻率的地面結(jié)構(gòu)。其平均擊穿強(qiáng)度遠(yuǎn)高于土壤。并且限制了通過(guò)人體的能量.其效果十分顯著、為了提高地面擊穿強(qiáng)度、在方案實(shí)施時(shí)可以考慮在地面上鋪設(shè)3mm，5mm厚的絕緣橡膠板 7，基站地網(wǎng)是否合格的判定依據(jù) 在移動(dòng)通信基站采用聯(lián)合接地，土壤電阻率較低的情況下。可以規(guī)定一個(gè)接地電阻的要求，以減小建設(shè)地網(wǎng)投資，但在大地電阻較高的地區(qū).評(píng)價(jià)基站地網(wǎng)接地電阻是否合格應(yīng)采取優(yōu)化設(shè)計(jì)的方式 換一種方式來(lái)評(píng)價(jià)、即以地網(wǎng)面積的大小為判定依據(jù) 看看是否能滿(mǎn)足雷擊時(shí)基站接地的需要。另外、地網(wǎng)四角還應(yīng)輔以20m、30m的熱鍍鋅扁鋼做輻射型接地。以提供更好的雷電流散流通道.